火灾下化学锚栓承载力性能研究

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1、火灾下化学锚栓承载力性能研究-->第1章绪论1.1研究背景及意义近几年来，随着生产生活水平的快速提高，人们已经不能满足已有建筑的使用功能，改建扩建工程大量出现，另外，不管是工业还是民用建筑中，都有大量与原结构连接的安装工程，如设备安装、管道安装、空调及卫生器具的安装等，在工程实际需求的背景下，后锚固技术得到了快速的发展与应用。后锚固技术根据锚固机理的不同主要分为两大类：机械锚栓（如膨胀型机械锚栓、扩底型机械锚栓）和化学锚栓（如普通化学锚栓、特殊倒锥型化学锚栓）。其中的化学锚栓与其他后锚固技术比有以下几点优势：（1）、与膨胀锚栓比能承受更大的工程荷载。（2）、滑移

2、量较小，刚度好，大量拉拔试验证明，化学锚栓达到极限荷载时的滑移量只有其锚栓长度的十分之一[1]。（3）、靠混凝土与锚固胶的粘结强度提供拉拔力，不会对基材产生膨胀作用。（4）、耐酸碱、抗老化。（5）、部分化学锚栓可以在湿气较重的环境中使用，有的锚栓可以在水下使用。（6）、适应性强、使用广泛。（7）、施工速度快，节能环保[2]因此化学锚栓被广泛应用在了玻璃幕墙结构、改造加固工程、隧道工程、桥梁工程等领域（如图1-1）。化学锚栓作为连接钢结构与混凝土结构的关键节点，其耐火性能直接关系到建筑结构的安全性，一旦连接失效，将给人们的生命安全构成极大威胁。如2003年11月3

3、日，湖南省衡阳市衡州大厦失火，在扑灭余火的过程中，大厦突然坍塌，许多消防战士被掩埋在废墟中，经过抢救，仍然有10余名官兵死亡。与其他几种后锚固技术比，化学锚栓最大的缺点就是锚固胶的高温稳定性差，德国慧鱼集团的研究表明[4]，化学锚固胶在高温120℃后粘结强度下降明显。火灾后建筑结构的修复加固工程就必然要考虑化学锚栓是否能够继续使用以及其承载能力下降多少等问题。因此，对火灾下化学锚栓的承载力研究非常必要。……..1.2相关课题的研究现状1.2.1国内研究现状长安大学万战胜博士[5]（2009）研究了温度对有机和无机化学锚栓承载力性能的影响。研究结果表明:火灾高温作

4、用后,化学锚栓的抗拉承载力呈下降趋势，有机化学锚栓承载力下降较为明显，而无机化学锚栓下降到一定程度会小幅回升然后继续下降。潍坊学院讲师邢国起[6]（2010）研究了温度、冷却方式、静置时间三种因素对新型化学锚栓极限承载力的影响，得出如下研究结论:新型化学锚栓的极限荷载随温度的升高而减小，中期会有小幅回升，浇水冷却方式不利于锚栓受力性能；随静置时间的增加,极限荷载不断减小，但减小幅度不大。王少研[7]（2013）对三面受火的型钢混凝土后锚固连接件进行了有限元模拟，发现随着外部温度的升高，锚栓承载力逐渐下降，当锚栓内部最高温度在60℃以下时，锚栓承载力与常温时相差不

5、大，当锚栓内部温度达到160℃以后，承载力仅剩余30%。同济大学刘祖华[8]等人（2011）对开裂混凝土下的化学锚栓承载力性能进行了研究，研究表明，混凝土的开裂特性对化学锚栓的承载力性能影响显著。同济大学李杰[9]（2007）对化学锚栓做了群锚受剪试验，分析并总结了其破坏过程，并利用有限元软件ANSYS模拟了这一试验过程，模拟极限荷载及变形与实际试验相一致。华中科技大学周萌[10]（2012）对混凝土结构化学锚栓多个锚栓受拉性能进行了研究，通过对不同数量的化学锚栓群的抗拉承载力试验，得出：混凝土厚度、锚固板的刚度以及锚栓边间距的提高，化学锚栓出现延性破坏的可能性

6、越来越高，并通过试验分析总结出锚栓受力不均匀系数以及钢板刚度提高对锚栓承载力的提高系数。武汉科技大学王欣霖[11]（2011）对化学锚栓小间距承载力进行了研究，通过试验与有限元模拟方法研究了不同边距间距下化学锚栓的承载力性能，得出结论有：在不符合我国锚固技术规程中提出的最小边距间距的条件下，群锚系统受拉极限荷载最大可下降40%，受剪荷载最大可下降80%，边间距大小的变化对群锚化学锚栓抗剪荷载的影响较为显著。……….第2章化学锚栓基本设计理论2.1锚栓的组成及分类锚栓主要用于将被连接的物件（钢结构构件等）有效固定在基材（混凝土等）上的一类后锚固产品，分为机械锚栓和

7、化学锚栓。化学锚栓按照受力原理不同可分为两种：普通化学锚栓和特殊倒锥型化学锚栓，普通化学锚栓主要靠锚固胶与混凝土的粘结作用实现锚固，特殊倒锥型化学锚栓会比普通化学锚栓增加对混凝土机械膨胀作用。机械锚栓根据其锚固机理的不同可分为两类：膨胀型机械锚栓和扩底型机械锚栓。膨胀型机械锚栓主要依靠膨胀片与混凝土孔壁之间的摩擦挤压来传递荷载。扩底型机械锚栓主要依靠锚栓底部扩大头与混凝土之间的机械锁键作用来传递荷载。图2-1为四种类型锚栓锚固机理，图2-2为实际工程中四种类型锚栓实体。图2-3为化学锚栓的施工过程[33]：（1）先用电钻按规定孔径和孔深钻出符合要求的孔；（2）再

8、用吹气筒和钢刷对孔进行清